Was ist CFR 3D-Druck?
Continuous Fibre Reinforcement (CFR) ist eine fortschrittliche Art des 3D-Drucks, mit der 3D-Druckteile aus Verbundwerkstoffen hergestellt werden können, indem selektiv Endlosfasern in Bereichen eines Bauteils aufgebracht werden, die hohen Belastungen ausgesetzt sind. CFR-3D-gedruckte Teile können mit der Festigkeit von Aluminium konkurrieren, und das zu einem Bruchteil der Kosten und des Gewichts.
Das Kunststoffmaterial, das als Matrix verwendet wird, basiert auf Nylon, dem kurz geschnittene Kohlenstofffasern hinzugefügt werden, um eine bessere Steifigkeit und Festigkeit zu erreichen. Dieses Material ist Onyx und hat eine hervorragende Verschleiß-, Hitze- und Chemikalienbeständigkeit. Onyx-Teile sind auch resistent gegen UV-Licht.
Die Platzierung der Endlosfasern in einem 3D-gedruckten CFK-Teil ist entscheidend. Nur stark beanspruchte Bereiche oder solche, die besonders steif sein müssen, sollten verstärkt werden. Dadurch lassen sich nicht nur Kosten sparen, sondern auch die Herstellungszeit verkürzen und die Eigenschaften des Basismaterials Onyx voll ausschöpfen.
CFR 3D-Druck Materialien
Unsere CFR-3D-Druckmaterialien bieten hervorragende Festigkeit, Steifigkeit und Haltbarkeit bei gleichzeitig hoher Maßgenauigkeit. Das Grundmaterial für CFR-Teile nennt sich Onyx und besteht aus einer Mischung aus Kohlenstofffasern und Nylon, die mit Endlosfasern wie Glasfasern weiter verstärkt werden kann. Verwenden Sie diese Materialien für anspruchsvolle technische Anwendungen, Vorrichtungen und Endverbraucherteile.
Die verschiedenen Fasern:
Vorteile des CFR 3D-Drucks
Der Hauptvorteil von CFK-Bauteilen liegt in der außergewöhnlichen Festigkeit, Haltbarkeit und den allgemeinen Materialeigenschaften, die das Material bietet. Die Herstellung starker Teile bei geringem Gewicht ist jedoch nur ein Vorteil.
Aufgrund des hochentwickelten Druckkopfs, der eine gehärtete Stahldüse verwendet, ist die Oberflächengüte der Onyx-Teile hervorragend. Die Schichtlinien sind im Vergleich zum normalen FDM-Druck praktisch unsichtbar und haben eine gleichmäßige, mattschwarze Oberfläche, die professionell und edel aussieht.
Wie bei anderen additiven Fertigungsverfahren lassen sich komplexe Geometrien leicht in 3D drucken, und die Maßgenauigkeit, die mit diesem Verfahren erreicht werden kann, ist unserer Erfahrung nach sowohl dem normalen FDM-Druck als auch dem SLA-Druck überlegen.
Zu beachtende Punkte.
Wo liegt die Belastung?
Der CFR-3D-Druck funktioniert durch die selektive Verstärkung von Schlüsselbereichen eines Bauteils. Es ist entscheidend zu wissen, welche Bereiche verstärkt werden müssen.
Orientierung
Wenn Sie ein Teil für den CFR-Druck in Betracht ziehen, ist es wichtig zu wissen, in welcher Ausrichtung es gedruckt werden soll. CFR-Teile sind anisotrop und müssen an Überhängen abgestützt werden.
FDM vs CFR
Wenn es sich um ein Prototypenteil handelt, das keine hohe Festigkeit erfordert, ist es in der Regel besser, sich für einen billigeren FDM-Druck zu entscheiden, um Geld zu sparen.
Nachteile des CFR 3D-Drucks
Das CFR-Verfahren ist komplex, und die verwendeten Materialien sind teurer als FDM- oder SLS-Materialien. SLA-Materialien sind ungefähr gleich teuer, aber da CFR-Teile in der Regel größer sind, sind sie oft teurer, als manche Anwender erwarten.
Wie beim FDM-3D-Druck müssen Überhänge gestützt werden, um erfolgreich zu drucken. Beim CFR-Druck sind keine auflösbaren Stützen verfügbar, daher werden Stützen aus Onyx verwendet. Diese können jedoch in der Regel leicht vom Teil entfernt werden.
Aus CFR-Materialien gedruckte Teile funktionieren im Allgemeinen sehr gut. Beachten Sie jedoch, dass das Innenvolumen eines bestimmten Teils nicht massiv ist, sondern aus einer Gitterstruktur besteht. Man kann spezifische Füllungen realisieren, indem man angibt, wie fest das Innere sein soll. Standardmäßig wird eine 34%ige Füllung verwendet.
Design für den 3D-Druckprozess von Verbundwerkstoffen
Das Design für das CFR-Verfahren ist dem Design für das FDM-Druckverfahren sehr ähnlich. Die wichtigsten Ideen drehen sich darum, die Anzahl der Überhänge zu reduzieren und irgendwo im Design eine ebene Fläche vorzusehen, die als stabile Basis verwendet werden kann.
Wir raten dazu, scharfe Kanten von Ihren Teilen zu entfernen, da diese die Bildung von Spannungskonzentrationen begünstigen können, die Ihren endgültigen 3D-Druck schwächen. Weitere, detailliertere Ratschläge finden Sie bspw. in unserem Composite-Design-Guide.
Einige Design-Regeln für den CFR-3D-Druck:
Minimale Bauteilgröße
X: 1,6 mm Y: 1,6 mm Z: 0,8 mm
Minimaler nicht gestützter Überhang
45°
Minimaler Bohrungsdurchmesser
Z: 1,0 mm XY: 1,5 mm
Minimale Pfostendurchmesser
XY: 1,6 mm Z: 2,0 mm
Mindestbreite für Faserverlegung
Steg W: 3,6 mm Schlaufe W: 2,8 mm
Mindesthöhe für Faserverlegung
Glasfaser, HSHT, Kevlar H: 0,9 mm
Carbon H: 1,125 mm
Die Geschichte des CFR-3D-Drucks
Der CFR-3D-Druck ist eine relativ neue Innovation, die von Markforged, einem 2013 gegründeten US-Unternehmen, entwickelt wurde. Ein paar Jahre später, im Jahr 2015, verließen einige führende Ingenieure und Führungskräfte von Markforged das Unternehmen und gründeten ein Konkurrenzunternehmen – Desktop Metal. Desktop Metal bietet ein 3D-Druck-Ökosystem an, das in vielerlei Hinsicht der von Markforged angebotenen Technologie ähnelt, und in der Tat gab es zwischen den beiden Unternehmen viel böses Blut, einschließlich einer Reihe von langwierigen Rechtsstreitigkeiten.
Beide Unternehmen behaupten, dass das jeweils andere Unternehmen geschützte Informationen gestohlen und die Technologie des anderen Unternehmens verunglimpft hat, und das trotz wiederholter Vergleiche.
Glücklicherweise stellen die Ingenieure und Designer beider Unternehmen weiterhin hervorragende 3D-Drucker her. Wir vertreiben Produkte von Markforged, da wir glauben, dass sie in Bezug auf Fähigkeiten und Qualität einen leichten Vorsprung haben.
Häufige Fragen zum Thema CFR 3D-Druck
Ist CFR für den 3D-Druck von Großserien geeignet?
Obwohl weniger skalierbar als der SLS-3D-Druck, sind CFR-Produktionsläufe möglich. Es hängt wirklich von der Größe und Form des Bauteils ab.
Wann sollte ich den CFR-3D-Druck einsetzen?
Der CFR-Druck sollte immer dann in Betracht gezogen werden, wenn ein Bauteil eine Festigkeit und Haltbarkeit aufweisen muss, die auf andere Weise nicht erreicht werden kann. Einige Kunden wählen den CFR-Druck auch wegen seiner außergewöhnlichen Oberflächengüte.
Wie stark ist die Carbon-Endlosfaser?
Carbonfasern haben eine Biegefestigkeit von 540 MPa (78,3 ksi), was 20% höher ist als die Streckgrenze von 6061 Aluminium. Seine Zugfestigkeit beträgt 800 MPa (116,0 ksi), mehr als das Doppelte der Zugfestigkeit von Aluminium. Weitere Informationen zu den Materialeigenschaften von den Carbon-Endlosfasern finden Sie im Datenblatt.
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